CN106816665A - 一种废旧动力锂电池电芯自动化切割设备及方法 - Google Patents

Abstract

一种废旧动力锂电池电芯自动化切割设备及方法本发明属于动力锂电池的回收技术领域，尤其涉及废旧动力锂电池单体的自动化拆解切割设备及其工艺方法。其特征在于包括：电池单体供料箱，步进给料机构，轻型单体搬料机械手，单体定位夹紧机构，外壳切割装置，外壳收料机构，外壳收集箱，电芯推出装置，电芯定位夹紧机构，电芯纵向切割装置，电芯横向切割装置，电芯块收集容器，以上装置依次通过主机体和辅助装置连接组成一个整体自动控制设备并形成一个密闭的加工空间，通过真空泵形成负压低氧环境，一可收集挥发的电解液气体，二可避免火花引发燃烧爆炸。应用以上设备可自动完成对废旧动力锂电池单体的上料、单体定位夹紧、单体外壳切割、电池电芯推出、外壳材料收集、电芯定位夹紧、电芯切割成块和电芯块收集保存这一系列的工序。

Description

一种废旧动力锂电池电芯自动化切割设备及方法

技术领域

本发明属于动力锂电池的回收技术领域，尤其涉及废旧动力锂电池电芯的自动化拆解切割设备及其工艺方法。

背景技术

在我国日趋增多的电动汽车大量使用动力锂电池的同时，动力锂电池的无害化回收利用就成为了政府高度关注，行业亟待解决的课题。动力锂电池单体是由正极片（在铝箔两面涂布上正极材料制成）、塑料隔膜、负极片（在铜箔两面涂布上负极材料制成）逐层卷绕或叠加成圆形或方形的电芯，再装入电池单体外壳中注入适量的电解液（六氟磷酸锂+有机溶剂）封装后构成。由于电芯是三种材料反复紧密卷绕或叠加在一起的特殊结构，加之三种材料均没有透液性质，所以在废旧动力锂电池单体拆解回收的过程中，都会遇到电芯中正、负极片及塑料隔膜三者之间的分选困难和电解液回收困难的技术难题，现有的电芯材料分选和电解液回收技术是：1、去除电池单体外壳，将取出的电芯整体焚烧去除电解液和塑料隔膜后直接粉碎。2、去除电池单体外壳，将取出的电芯整体加热去除电解液，用人工剥离的方法分开正、负极片及隔膜材料。3、将电池单体连同外壳一起直接整体粉碎。

专利 201410415339.8（一种新型废旧动力电池全自动拆解设备与方法），专利201510081942.1（一种车用动力电池全自动集成拆解装备）等主要是完成了废旧动力锂电池单体的外壳拆解及电芯的取出工作，没有解决动力锂电池单体拆解需要解决的关键问题——后续工序如何有效的回收电解液，如何有效分选电芯材料的问题，均是一种不完善的方法或装备。

专利201610519880.2（一种废旧锂电池高效分选回收装置），专利201420711248.4（一种废旧18650型锂电池拆分预处理系统）等主要是通过某种方法拆解动力锂电池单体外壳，取出电芯进行煅烧或加热去除电解液，再将电芯进行整体粉碎。存在的问题是，⑴、由于电解液中的电解质六氟磷酸锂受热或遇空气中的水分会分解出具有腐蚀性的氟化物有害物质，且现有技术还没有有效的回收处理方法，因此会对水质及空气形成环境污染，同时也造成电解液的资源浪费。⑵、拆解回收得到的将是电池芯包各材料之间相互混杂较重的分选材料。

专利 2014104600743（一种废旧LiCoO2电池绿色拆解分离回收方法）, 专利201510496933.9（一种动力电池自动拆解回收设备和方法）是将废旧动力锂电池单体外壳拆解后，将电芯放入离心桶中收集电解液，人工分选正、负极片和隔膜。存在的问题是，废旧动力锂电池中的电解液数量很少，是呈湿润状粘附在电芯的正、负极片和塑料隔膜上以及众多紧密卷绕或叠加层的细小间隙中，且电解液具有一定的粘度，加上极片和隔膜均是不能透过液体的材料，用离心方法是无法将电解液有效的收集起来的；其次人工在手套箱中分离正、负极片和隔膜的方法只能用于实验室，无法应用于自动化生产中。

总之，现有废旧动力锂电池电芯的拆解分选技术存在的不足有：电池单体只拆解到外壳取出电芯，之后采用对整体电芯进行加热或煅烧的工艺会使电芯组分中的电解液和隔膜不能回收利用，电解液中的电解质也会因受热分解产生氟化物气体，且因不易回收而造成环境污染，同时也形成了电解液和塑料隔膜的资源浪费，无法实现废旧动力锂电池单体的全组分回收；手工或设想用反绕机分开正、负极片和塑料隔膜的方法根本无法实现规模化、自动化生产；整体电芯的粉碎工艺使得正极材料、负极材料、铝箔和铜箔之间材料混杂严重，无法实现电芯材料的洁净分离分选，最终得到的只能是正、负极材料的混合粉料；以上问题的存在主要是由于废旧动力锂电池单体的拆解前期工序没有一个行之有效的电芯拆解预处理设备和工艺方法所致。

发明内容

针对现有废旧动力锂电池拆解分选技术中的诸多不足，追其主要症结所在，本发明提供了一种可使废旧动力锂电池单体拆解分选过程实现自动化和洁净分离，同时达到全组分材料回收效果所必需的前期电芯预处理拆解设备和方法。

技术方案

1、一种废旧动力锂电池电芯自动化切割设备，其特征在于包括：电池单体供料箱，步进给料机构，轻型单体搬料机械手，单体定位夹紧机构，外壳切割装置，外壳收料机构，外壳收集箱，电芯推出装置，电芯定位夹紧机构，电芯纵向切割装置，电芯横向切割装置，电芯块收集容器，以上装置依次通过主机体、辅助装置和控制系统连接组成一个整体自动控制设备并形成一个密闭的加工空间，通过真空泵形成负压低氧环境，一可收集挥发的电解液气体，二可避免火花引发燃烧爆炸。应用以上设备可自动完成对废旧动力锂电池单体的上料、单体定位夹紧、单体外壳切割、电池电芯推出、外壳材料收集、电芯定位夹紧、电芯切割成块和电芯块收集保存这一系列的工序。

2、根据方案1一种废旧动力锂电池电芯自动化切割设备，所述的电池单体供料箱和步进给料机构包括：由箱体、绝缘隔板、箱内滑动底板和快速连接装卸装置构成可快速更换的单体供料箱，步进给料机构为固定在设备主机体上的液压传动装置。将前期经放电处理后的电池单体逐层码满单体供料箱内，快速安装于设备主机体连接位置，滑动底板位于步进给料机构的托举爪上，可带滑动底板上的电池单体根据加工速度逐层将电池单体抬高到固定平面位置。

3、根据方案1一种废旧动力锂电池电芯自动化切割设备，所述的轻型单体搬料机械手包括：自动单体搬料机械手位于单体供料箱和外壳切割装置中间，可自动将电池单体从供料箱最上层位置逐个取出，搬放到单体外壳切割定位位置。

4、根据方案1一种废旧动力锂电池电芯自动化切割设备，所述的单体定位夹紧机构，外壳切割装置，外壳收集器和电芯推出装置包括：由单体夹具定位台、气动单体夹具构成单体定位夹紧机构，由双外壳切割锯片，电动刀架和液压移动滑台构成外壳切割装置，由微型液压缸和液压推杆构成电芯推出装置，由外壳滑道和不锈钢容器构成外壳收集箱，并依次连接为一体，可完成对电池单体的夹紧，外壳两端面的同时切割，切割下来的外壳材料通过滑道靠重力自动回收到外壳收集箱，液压推杆将电芯从单体外壳中推出到下个加工工位，剩下的单体外壳在夹具松开后靠气动外壳收料机构回收到外壳收集箱这一系列工序。

5、根据方案1一种废旧动力锂电池电芯自动化切割设备，所述的电芯定位夹紧机构，电芯纵向切割装置，电芯横向切割装置和电芯块收集容器包括：由电芯夹具定位台、气动电芯夹具构成电芯定位夹紧机构，由纵向切割刀片、纵向刀架和纵向液压移动滑台构成电芯纵向切割装置，由横向切割刀片、横向刀架和横向液压移动滑台构成电芯横向切割装置，由电芯块滑道、单向气动落料门和不锈钢密闭容器构成电芯块收集容器，并依次连接为一体。可完成电芯的定位夹紧，将电芯纵、横切割成块状，在夹具松开后单向气动落料门打开将电芯块通过滑道收集在密闭容器中。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于 ：经过采用对电池单体电芯切割成块状的加工工艺，可将原有电芯三种材料反复紧密卷绕或叠加在一起的特殊复杂结构改变为易分散成单片材料的块状简单结构，从而为后续电解液的有效快速回收，正极片、负极片和隔膜三种材料的洁净分选及实现自动化生产提供了必要条件；为最终实现电芯材料之间的洁净分离分选回收、减少回收材料之间相互掺杂、提高废旧动力锂电池材料回收利用价值提供了非常关键的前端加工设备和工艺方法。

附图说明。

附图名称：电芯自动化切割设备结构示意图

其中

1-单体供料箱

2-电池单体

3-轻型单体搬料机械手

4-托举爪

5-步进给料机构

6-电芯推出装置

7-单体定位夹紧机构

8-外壳切割装置

9-外壳切割锯片

10-电芯纵向切割装置

11-纵向切割刀片

12-横向切割刀片

13-电芯横向切割装置

14-绝缘隔板

15-外壳收料机构

16-外壳收集滑道

17-外壳收集箱

18-电芯定位夹紧机构

19-电芯块滑道

20-电芯块收集容器

21-单向气动落料门

22-主机体

具体实施方式。

实施例：将一批典型的容量为40Ah的长方形铝合金外壳的磷酸铁锂废旧动力电池单体经过放电处理，按照一定方向逐层码放在电池单体供料箱（1）中，液压步进给料机构（5）根据加工速度，由给料机构的托举爪（4）托动供料箱内滑动底板上的电池单体（2）整体向上运动，保持最上层电池单体在固定的高度不变，电池单体供料箱内设有绝缘隔板（14）防止电池单体短路，还设有开始定位装卸装置可进行箱体的快速更换，轻型单体搬料机械手（3）从供料箱最上层单体中按照顺序逐个抓取单个电池单体送到外壳切割装置（8）中的固定位置，单体定位夹紧机构（7）自动完成单体的定位夹紧、液压机构推送刀架上的两个外壳切割锯片（9）同时切割掉单体铝合金外壳的上、下两个端盖，并通过外壳收集滑道（16）自动回收切割下来的端盖材料到外壳收集箱（17），切割完成后，切割液压机构复位，电芯推出装置（6）的液压推杆将外壳中的电芯推出，送至电芯切割装置的固定切割位置，单体定位夹紧机构松开电池单体外壳的同时，气动外壳收料机构（15）动作将剩下的单体铝合金外壳收回到外壳收集箱，与此同时电芯定位夹紧机构（18）将电芯夹紧定位，首先由液压电芯纵向切割装置（10）的纵向切割刀片（11）对电芯纵向切割一刀，完成后复位，再由液压电芯横向切割装置（13）的横向切割刀片（12）对电芯横向同时切割两刀，整体电芯被切割为方块状，电芯定位夹紧机构松开电芯块，同时主机体（22）上的单向气动落料门（21）自动打开，电芯块通过电芯块滑道（19）收集到密闭的电芯块收集容器（20）中，完成电芯切割的全部加工过程。

Claims (5)

1.一种废旧动力锂电池电芯自动化切割设备，其特征在于包括：电池单体供料箱，步进给料机构，轻型单体搬料机械手，单体定位夹紧机构，外壳切割装置，外壳收料机构，外壳收集箱，电芯推出装置，电芯定位夹紧机构，电芯纵向切割装置，电芯横向切割装置，电芯块收集容器，以上装置依次通过主机体和辅助装置连接组成一个整体自动控制设备。

2.根据权利要求1一种废旧动力锂电池电芯自动化切割设备，其特征在于：所述的电池单体供料箱和步进给料机构包括：由箱体、绝缘隔板、箱内滑动底板和快速连接装置构成可快速更换的单体供料箱，步进给料机构为固定在设备主机体上的液压传动装置，由液压系统、托举杆滑道和托举爪构成，单体供料箱内滑动底板位于托举爪上位置。

3.根据权利要求1一种废旧动力锂电池电芯自动化切割设备，其特征在于：所述的单体定位夹紧机构，外壳切割装置，外壳收集器和电芯推出装置包括：由单体夹具台、气动单体夹具构成单体定位夹紧机构，由双切割锯片，电动刀架和液压移动滑台构成外壳切割装置，由微型液压缸和液压推杆构成电芯推出装置，由外壳收集滑道，外壳收料机构和不锈钢容器构成外壳收集箱系统，并依次连接为一体。

4.根据权利要求1一种废旧动力锂电池电芯自动化切割设备，其特征在于：所述的电芯定位夹紧拨料机构，电芯纵向切割装置，电芯横向切割装置和电芯块收集容器包括：由电芯夹具台、气动电芯夹具构成电芯定位夹紧机构，由纵向切割刀片、纵向刀架和纵向液压移动滑台构成电芯纵向切割装置，由横向切割刀片、横向刀架和横向液压移动滑台构成电芯横向切割装置，由电芯块滑道、单向气动落料门和不锈钢密闭容器构成电芯块收集容器系统，并依次连接成为一体。

5.一种废旧动力锂电池电芯自动化切割方法，使用权利要求1一种废旧动力锂电池电芯自动化切割设备，其特征在于包括以下步骤：将一批废旧动力锂电池单体经过前期放电处理，按照一定方向逐层码放在电池单体供料箱中，液压步进给料机构根据拆解加工速度，托动供料箱内的滑动底板上的电池单体向上运动，保持最上层电池单体在固定的高度不变，电池单体供料箱可进行快速更换，轻型单体搬料机械手从供料箱最上层单体中按照顺序逐个抓取单个电池单体送到外壳切割装置前的固定位置，单体定位夹紧机构自动完成单体的定位夹紧、液压机构推送刀架上的两个切割锯片同时切割掉单体外壳的上、下两个端盖，并通过外壳收集滑道自动回收切割下来的端盖材料到外壳收集箱，切割完成后，切割液压机构复位，电芯推出装置的液压推杆将外壳中的电芯推出，送至电芯切割系统的固定切割位置，单体定位夹紧机构松开电池单体外壳的同时，气动外壳收料机构动作将剩下的单体铝合金外壳收回到外壳收集箱，与此同时电芯定位夹紧机构将电芯夹紧定位，首先由液压电芯纵向切割装置对电芯进行纵向切割，完成后复位，再由液压电芯横向切割装置对电芯进行横向切割，根据整体电芯的尺寸大小和后续工序分选需要，将电芯切割成2—9cm的方块状，电芯定位夹紧机构松开电芯块的同时单向气动落料门开启，电芯块落入电芯块滑道收集到密闭的电芯块收集容器中。